[发明专利]从生产装置移除板材

说明书

技术领域

本发明涉及一种自熔化物形成板材的方法，且特别涉及一种最小化自熔化物形成的板材上的热应力的方法。

背景技术

举例而言，集成电路或太阳能电池产业中可使用硅晶圆或板。随着对再生性能源的需求增加，对太阳能电池的需求也持续增加。大多数太阳能电池由硅晶圆(诸如单晶体硅晶圆)制成。目前，结晶硅太阳能电池的主要成本为太阳能电池制造于其上的晶圆。太阳能电池的效率或在标准照明下所产生的功率量部分地受此晶圆的品质限制。随着对太阳能电池的需求增加，太阳能电池产业的一目标为降低成本/功率比。制造晶圆的成本在不降低品质的情况下的任何减少均将降低成本/功率比，且允许此干净能源技术的较宽可用性。

最高效率硅太阳能电池可具有大于20％的效率。此等硅太阳能电池是使用电子级单晶硅晶圆而制成。可藉由从使用Czochralski方法生长的单晶硅圆柱形晶块(boule)锯切薄片层来制成此类晶圆。此等片层的厚度可小于200μm。为维持单晶体生长，所述晶块必须从含有熔化物的坩埚(crucible)缓慢地生长，诸如小于10μm/s。随后的锯切制程对每晶圆导致大约200μm的锯口损失(kerf loss)，或归因于锯条(saw blade)的宽度的损失。也可能需要使圆柱形晶块或晶圆成正方形，以制作正方形太阳能电池。使成正方形及锯口损失两者均导致材料浪费且材料成本增加。随着太阳能电池变薄，每次切割浪费的硅的百分比增加。铸锭(ingot)分割技术的限制可能阻碍获得较薄太阳能电池的能力。

使用从多晶硅铸锭锯切的晶圆来制作其他太阳能电池。多晶硅铸锭的生长速度可快于单晶硅的生长速度。然而，所得晶圆的品质较低，因为存在较多缺陷及晶界(grain boundaries)，且此较低品质导致较低效率的太阳能电池。用于多晶硅铸锭的锯切制程与用于单晶硅铸锭或晶块的锯切制程一样低效。

可减少硅浪费的另一解决方案为在离子植入之后使晶圆从硅铸锭分裂(cleave)。举例而言，将氢、氦或其他惰性气体植入硅铸锭的表面之下，以形成经植入区。接着进行热、物理或化学处理，以使晶圆沿此经植入区从铸锭分裂。虽然经由离子植入的分裂可在无锯口损失的情况下产生晶圆，但仍有待证明可使用此方法来经济地产生硅晶圆。

又一解决方案为从熔化物垂直拉出薄硅带，且接着允许所拉出的硅冷却并凝固为板材。此方法的拉出速率可被限制为小于大约18mm/min。在硅的冷却及凝固期间所移除的潜热(latent heat)必须沿垂直带移除。此导致沿所述带的较大温度梯度。此温度梯度对结晶硅带加应力，且可能导致较差品质的多晶粒硅。所述带的宽度及厚度也可能由于此温度梯度而受限。举例而言，宽度可被限于小于80nm，且厚度可被限于180μm。

已测试从熔化物实体拉出的水平硅带。在一种方法中，将附着至一杆的晶种插入熔化物中，且在坩埚的边缘上以较低角度拉出所述杆及所得板材。所述角度及表面张力被平衡，以防止熔化物从坩埚上溅出。然而，难以起始及控制此拉出制程。必须接取坩埚及熔化物以插入晶种，此可能导致热量损失。可将额外热量添加至坩埚以补偿此热量损失。此额外热量可能导致熔化物中的垂直温度梯度，其可导致非层状(non-laminar)流体流。而且，必须执行可能较困难的倾斜角度调节，以平衡形成于坩埚边缘处的弯月面(meniscus)的重力与表面张力。此外，由于热量是在板材与熔化物的分离点处被移除，因此作为潜热被移除的热量与作为显热(sensible heat)被移除的热量之间存在突然变化。此可导致此分离点处沿带的较大温度梯度，且可导致晶体中的错位(dislocations)。错位及挠曲(warping)可能由于沿板材的此等温度梯度而发生。

尚未执行从熔化物水平分离的薄板材的制造，例如使用溢道(spillway)。藉由分离从熔化物的水平制造板材与从铸锭分割硅相比可能较便宜，且可能消除锯口损失或由于使成正方形而导致的损失。藉由分离从熔化物的水平制造板材与使用氢离子从铸锭分裂硅或其他拉出硅带的方法相比也可能较便宜。此外，从熔化物水平分离板材与拉出带相比可改良板材的晶体品质。诸如此可降低材料成本的晶体生长方法将为降低硅太阳能电池的成本的主要可行步骤。